DE2547505A1 - Verfahren zum einbringen einer sandsperre in erdbohrloecher - Google Patents

Description

Meissner & Meissner

PATENTANWALTSBÜRO

BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22

I j, ηκτ 1975

Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den · *

CT - 74-18

Fall ITo. 284

DIÜJ&XSR HiDUGTRIISS, INO,

The Dresser Building JiIn and Akard Jtreets,

Dallas, Texas, 75?21 U3A

Verfahren zum Einbringen einer Sandsperre in "ärdbohrlöcher

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbringen eines die Wandung von Erdschichtgrus und Sand in den Bohrloch-Förderrohrstrang verhindernden Sandsieb und Sperrmasseneinsatzes in ein Bohrloch.

Bei unterirdischen, von Bohrlöchern durchdrungenen Schichten, die losen Sand und weiche Sandsteinlagen enthalten, besteht ein ständiges Problem darin, daß die das Bohrloch durchströmende Flüssigkeit eine V/andung von losem Sand und zerriebenen Sandstein in die Bohrung auslöst, was auf den Verfall der Schicht auf Grund des Drucks und der Strömung der Flüssigkeit durch sie hindurch zurückzuführen ist.

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BORO MÖNCHEN:	TELEX:	TELEGRAMM:	TELEFON:	BANKKONTO:	POSTSCHECKKONTO:
8 MÖNCHEN 22	1-8S644	INVENTION	BERLIN	BERLINER BANK AQ.	W. MEISSNER, BLN-W
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Obwohl zahlreiche Techniken angewendet wurden, um diese Yiänderung von feinen Teilchen, die das Fördersystem verstofen und die Geräte im Rohrstrang beträchtlich erodieren, zu verhindern, haben sich zwei Grundtechniken herauskristallisiert.

Die ercite beruht hauptsachlich auf einer chemischen Behandlung, wobei eine Flüssigkeit in die Erdschicht eingepreßt und chemisch oder unter Wärmeeinwirkung zur Reaktion gebracht wird, um ein durchlässiges Gel oder einen durchlässigen Körper zu bilden, wodurch der S^nd bei .ufrechterhaltung der .Möglichkeit für eine FITssigkeits durchströnung zurückgehalten wird. Bei diesem Verfahren tritt ein i;"anr;el on Homogenität ruf, der durch Hohlräume im Gel ->uf Grund einer unvollständigen Durchtränkung von Initial- und Cetzflüssigkeit hervorgerufen v/lrd.

Die zweite ist einephysikalische Technik, wobei eine klassierte Sperrmasse in das Bohrloch eingesetzt wird, die ein poröses Sieb zwischen dem Förderrohrstrang und der Krdschichtwandung bildet. Diese Technik wird allgemein als Kiespackung bezeichnet und besteht im wesentlichen ;ius dem Einsetzen von fein klassierter Sperrmasse, z,B. Ottawasand, Walnußschalen, Glasperlen usw. mittels eines Wechsel- oder EinspülWerkzeuges.

Diese Werkzeuge haben die Nachteile der Kompliziertheit, der Verschmutzung der Pumpen und der sich mit der Sperrmasse bewegenden Teile sowie den Machteil eines Mehrstufenarbeitsvorgangs zum Einbringen der Kiesschüttung. Wenn beispielsweise der "Liner" an seinen Platz gespült wird, so sind wenigstens zwei Fahrten des Verkzeuggehänges in das Bohrloch erforderlich.

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.Bekannte Vorrichtungen, um die Spernnnsse an ihren Ort zu bringen, f Ihrem f-uch zu einem starken Kinströaen von Umlaufflüssigkeit in die Erdschicht. Das ist aber unerwünscht, da es den normalen Fluß der Erdschichtflüssigkeiten zum Bohrloch stört.

Die Erfindung liegt die -xufgabe zu Grunde, diese Nachteile su beseitigen und eine Möglichkeit aufzuzeigen, won ch die üperrraanoe in einem einzigen Schritt und mit einem minimalen Verlust ?n Flüssigkeit zur Krdachicht hin eingebracht werden kunn.

Diese ufg^be ward i?iit den in den nsprüchen · -n^egebenen mitteln und i..aßn:;hmen Gelöst, wie der !Fachmann rus der folgenden Beschreibung von usführungsbeispielen des Srf indungsgO:;enot ndes erkennen wird.

Fig. 1 bis 6 zeig-η teilweise scheinntioche Gchnittdprstellungen eines _t('erkzeuggehänges und der Schritte für das !anbringen der üperrmasse bei einer Fahrt.

Fig. 7 bis 9 zeigen im üchnitt eine Vorrichtung und die Schritte für das Einbringen der ßperrmasse bei einer gegenüber der vorherigen Darstellung abgewandelten /;usführungsform.

Pig. 10 bis 14 zeigen im Gchnitt ein Werkzeuggehänge und seine Betriebeweise, um eine Erdschicht zu behandeln und eine kperrmnsse einzubringen.

Pig. 15 und 16 sind Diagramme über einen Vergleich von Sperrmassen.

Fig. 17 zeigt eine Karte zur Bestimmung der physikalischen Parameter von unterschiedlichen i-perrmassen.

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Fig. 18 bis 20 sind Schnittdarstellungen für ein '/terkzeugsystem und für Schritte zum Einbringen von kugelförmigen Sperrmassen.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen ein Werkzeuggehänge oder einen Werkzeugstrang und die rbeitsschritte, die auszuführen sind, um die Sperrmasse bei einer einzigen Fahrt an Ort und Stelle einzubringen.

Ein IVerkzeuggehänge 10 (Fig. 1) wird in ein mit einer Auskleidung 11 versehenes Bohrloch in einer nicht verdichteten unterirdischen Schicht abgesenkt, bis die Geräte für das Einbringen der Sperrmasse im Gehänge sich in der Förderzone 12 befinden.

T)ie uskleidung 11 hat eine Vielzahl von Wanddurchbrechungen 13» so daß eine Verbindung zwischen deren Innenraum und der Förderzone 12 gegeben ist.

Das Werkzeuggehänge 10 ist an einem (nicht gezeigten) Steig- oder Isolierrohrstrang, der zur Oberfläche führt, angebracht, und weist einen verschiebbar befestigten Packungsdorn 15 auf, der mit einer Packung versehen ist, die aus einem ringförmigen Frmgkeit 16, einer mit Flanschen ausgestatteten Widerlagerbüchse 18 und daran gleitend angebrachten nachgiebigen Dichtungepackungen 17 besteht. Am unteren Ende des Borns 15 ist eine innere Ventilbüchse 19 befestigt, die einen Ventilsitaring 20 abscherbar trägt. Die Ventilbüchse 19 ist mit einer Mehrzahl von peripher gerichteten, ihre Wand durchsetzenden Durchströaöffnungen 21 versehen.

Am unteren Ende der Widerla^erbüchse 18 ist ein äußeres

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Ventilgehäuse 22 angebracht, dan ein rohrförmiges Verbindungsstück 231 eine äußere Ventilbüchse 24-, ein unteres Ventilring- ■ufnahmegehäuse 25 --nd einen Ventilsitzring 26 aufweist. Die äußere Ventilb'Ichse 2A- hat eine Mehrzahl von peripher gerichteten Durchtritten 27 in ihrer Wand, die im wesentlichen fluchtend mit den BurchströBÖffnungen 21 angeordnet sind. Der Ventilsitzring 26 ist im eingezogenen unteren Ende 28 des ufnehmegehäuses 25 abscherbar geholten. Kit dem Endteil 28 ist ein ßiebträger 29 verbunden, der ein nach unten gerichtetes Sandsieb 30 hält, das en seinem unteren Ende durch dne Kappe 31 verschlossen ist.

In der Kammer 33 des Gehänges 25 ist ein Ventilelement 32 festgehalten, das eine Kugel oder ein anderes Bauteil sein kann, das auf dem Ventilring 26 sitzen k?mn. Nachgiebige Dichtungen 34· «m Uorn 15 und ebensolche Dichtungen 35 ⁿ» äer Ventilbüchse 19 bilden eine verschiebbare, flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen den inneren Teilen 15» 19 und dem äußeren Gehäuse 22.

In Pig. 1 ist das Werkzeuggehän^e Ln dem Zustand gezeigt, in dem es sich während der .bwärtsfahrt innerhalb der Bohrlochauskleidung befindet, bzw. in dem Zustand, nachdem es die gewünschte Lage erreicht hat. Der Fangkeit 16 sowie die Packung 17 sind noch nicht gesetzt, die Durchströmöffnungen 21 sowie die Durchtritte 27 fluchten miteinander, so daß eine Strömung in den Strang bei seiner Äbwärtsfahrt möglich ist, was den Auftrieb der auskleidung vermindert. Der Strömungaweg ist in den Figuren durch !feile angegeben.

In Fig. 2 ist der Packungsdorn in der gesetzten Lage gezeigt, wobei der unitäre Fangkeil 16 zur Anlöge mit

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der Auskleidung geschwenkt und die nachgiebigen Dichtungselemente 17 in axialer Richtung zusammengepreßt sowie in radialer Richtung ausgedehnt worden sind, um gegen die Innenwand der «uskleidung 11 abzudichten. Das Cetzen des Packungsdoms kann auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. mechanisch, mit Hilfe eines Drahtseils oder hydraulisch. Die bevorzugte und hier berchriebene rt, wobei der Fackungsdorn 15 verschiebbar an einem oteigrohrstrring befestigt ist, arbeitet mit hydraulischer Betätigung. Ein Ventilelement 36 wird durch den Rohrstrang fallengelassen oder gepumpt, so d'-ß es ruf den Sitzring 20 gelangt und hier i^bdichtet. die nachfolgende nwendung von Flüssigkeitsdruck auf den Rohrstrang wird durch Verbindungsmittel im Dorn» ?,, B. (nicht gezeigte) öffnungen, in bekannter vVeise übertragen. Das ist beispielsweise in den TJT—Patenschriften 3 731 740; 3 735 814; 3 818 987 und 3 5^8 936 beschrieben. Der Flüssigkeitsdruck dient dazu, die mit Flanschen versehene .'»'iderl^gerbüchse 18 aufwärts zu bewegen, den ringförmigen Fangkeil 16 zur »nlage εη der Auskleidungsinnenwand zu verschenken und danach die Dichtungspak— kungen 17 zusammenzupressen sowie radial gegen die auskleidung hin zu erweitern.

Nachdem der Packungsdorn gesetzt ist, wird der Grad der Einführung durch fortwährendes Unterdrucksetzen des Rohrstranges auf den Punkt eingestellt, an dem der ab— ßcherbare Ventilsitzring 20 in der Ventilbüchse 19 abgeschert wird und das Ventilelement 36 sowie der Ring 20 sich abwärts bewegen, um auf daa Ventilelement 32 zu gelangen, wie Fig. 3 zeigt. Es ist zu bemerken, daß der Abscherwert des Ventilsitzringes 20 in der Büchse I9 so gewählt wird, daß er höher ist als derjenige Druck, der nochtwendig ist, um den Fangkeil 16 und die Dichtungs-

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packungen 17 vollständig festzusetzen.

Uach dem abscheren des Ringes 20 durch Druck <'uf das Ventilelement 36 k^nn dann Flüssigkeit abwärts durch den Hohrstr.'mg durch die beiden Sätze von öffnungen 21 und 27 sowie in die i.rdschicht geführt werden, um irgendeine erwünschte rt von Beh-.ndlung, z.B. Erschließung mit Säure In irgendeiner gewünschten Lenge , auszuführen.

äenn die Behandlung der iSrdschicht beendet ist und die Operrmasse an Crt und Stelle gebracht werden soll, um eine R"ckstr"5mung von o?md und Grus in den Förderrohrstrang zu verhindern, wird eine aus einer iOr^gerflüssigkeit und aus klassierten, in wesentlichen kugelförmigen Teilchen bestehende Brühe hinter der Einpreßflüssigkeit durch den Rohrstrimg gepreßt, so daß sie durch die öffnungen 21 und 27 austritt, wie es durch die Pfeile in Fig. 4 angegeben ist. Die Flüssigkeit tritt durch die Durchbrechungen 13 der Ausfütterung aus, die die iüasse, wie Fig. 4 zeigt, zurückhalten. Es ist zu bemerken, daß die Maschenöffnungen des f?iebs 30 ausreichend klein gewählt sind, um einen Durchgang der klassierten kasse zu unterbinden.

Die Fig. 5 zeigt die Vorrichtung in dem Zustand, nachdem der gesamte Sperrmasr,eneinsatz η seinen Pl«^r?tz gepumpt worden und der Rohrstrang für die Förderung bereit ist. Die innere Ventilbüchse 19 ist mit dem Dorn 15 durch Betätigung des Rohrstranges, z.B. durch dessen Drehen, oder auf eine rndere IVeise, z.B. durch ein Drahtseil, abwärts bewegt worden, Die oberen Dichtungen 35 verhindern eine Verbindung zwischen den Durchströmöffnungen 21 und den Durchtritten 27.

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In Fig. 6 ist der letzte schritt, um den Hohrstrang förderfähig zu mschen, dargestellt, wobei wieder einmal hydraulischer Druck mf den Rohrstrang zur Wirkung gebracht wurae, und zwr in einem solchen Haß, d--ß der Ventilsitzring 26 abgeschert wurde und sich n· ch seinem Lösen abwärts zum Boden des ^iebs 30 bewegt h:t. Die L'-nge den üiebs 30 wird so gewählt, d- ß das Vorhandensein der eiden Ventilelemente und der beiden Ventilsitzringe den Fürderfluß nicht wesentlich stört.

Die Förderflüssigkeit k nn nun durch die usfütterungs durchbrechun_t;on 13 treten, den Sperrmassenoinsatz durchströmen und durch das oieb 30 in den Rohrstrang

Die Vorteile des vorstehend beschriebenen Gegenstandes der Erfindung sind offensichtlich. Durch eine viskose Brühe und durch ein /»'erkzeuggehänge mit einer Sandsperre kenn die Behandlung mit lediglich einer Fahrt des Stranges in das Bohrloch ausgeführt werden. Damit wird eine große Ersparnis ; η Zeit und an Kosten für die Bohranlage erreicht. Diese Ersparnisse gehen jedoch nicht zu Lasten von Einfachheit und Zuverlässigkeit. Es wird ein kompliziertes Wechselwerkzeug mit hoher Strömungsdrosselung und kleinen Arbeitstoleranzen vermieden.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Vorrichtung und ein Verfahren, um einen Sperrmasseneinsatz in ein Bohrloch zwischen einem Fördersieb und der Bohrlochausfütterung einzubringen.

Ein Rohrstrang 110 mit einer Dichtpackung 111 wird in das ausgefütterte Bohrloch, dessen auskleidung Durchbrechungen 112 hat, die eine Verbindung zur Erdschicht ermöglichen, abgesenkt (Fig. 7), Der Packer wird durch

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übliche liittel in der usfütterung gesetzt, und die Sperrmassenbrühe wird an der ^;e·.;Vmachten rtelle durch normale Drucktechnik plaziert. Kine geringe ; <-nge der Trägerflüssigkeit der üasse gelangt beim i-inpressen der Brühe in die Schicht·

Kachdem der gesamte Sperrrnnsseneinsotz in den Rt-um eingebracht ist, wird der Packer gelöst, und der Einpreßrohrstr.mg wird aus der Bohrung gezogen. Hierauf wird der Förderrohr strang 113 * der eine FUrderpi=ckung 114- und ein Sperrsieb 115 trägt, in die Bohrung abgesenkt, wie Fig. 8 zeigt.

Dann wird auf den Förderrohrstr^ng abwärts gerichteter Druck ausgeübt, und das üperrsieb wird in die operrmassenbrühe eingedrückt, um rung um das üieb den Öperrmasseneinsatz zu bilden, wie Fig. 9 zeigt. Die aus dem Bohrloch zu fördernde Flüssigkeit wird durch die Durchbrechungen 112, die Gperrmassen und das Sperrsieb 115 hindurch gewonnen.

Dieses Verf hren bietet viele kl<re Vorteile einschließlich der ufrechterh ltung der Unversehrtheit des Fürderrohrstrangs durch das öperrmassenraaterial. H?iufig wird als Sperrmasse ein Material wie inerte glasartige Kugeln verwendet, die im Vergleich zur üblichen Kiesschüttung sehr hart und stabil sind. Wenn letztere zu einem Sperreinsatz unter Verwendung eines Wechselwerkzeugs oder durch Einspülen des Giebs geformt werden, so gelangen diese harten Partikel in den rbeitsmechanismus der Geräte und der Brdölforderpumpen. -'/ährend normler Kies in den Mechanismen zerkleinert wird, ist das bei den harten Glaskugeln nicht der Fall, die somit einen außerordentlichen brieb und Verschleißschäden

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an den Teilen, mit denen sie in Berührung komr.en, her— vorruf er.· Oer η ch der Erfindung «;rh lteno Vorteil liegt dirin, d-ß die i'perrmasce niern la zum Innenraum dec Förderrohratrangs gel:mgen k nn, d·.. der Rohrntr-nc und das Gperraieb immer verbunden und unversehrt sowie undurchlässig für cunen Spermas i-endurchtritt bleiben.

Andere Vorteile liefen in dem minimalen Bedarf -n Kur usführung der rbeit notwendiger ausrüstung. Ks ist weder ein einspülen des Jiebs auf seinen I-1-tz erforderlich, noch sind komplizierte .-echselwerkzeuge nötig. Der größte Teil des Einsatzes k<':tm mit einer rt von Zementierschlammbüchse eingebracht werden, was den Flüssigkeitsvorlust zur Erdform^tion vermindert. Da während des Einbringens keine großen Pllissigkeitsmengen durch das Sandsperrsieb umlaufen, werden auch irgendwelche Probleme bezüglich Verstopfung des ;iebs bei der Beh; ndlung verringert.

Es ist zu bemerken, d ß durch die Vermeidung von komplizierter iusrüstung im Zusammenhag mit dem ufbau eines St.errmnsseneinsatzes außerhalb des iiiebs die .''löslichkeit gegeben ist, einen vorgefertigten Siebeinsatz innerh Ib des Cperrmass;eneinsatzes anzubringen. Die Verwendung eines vorgefertigten Ciebeinsatzes führt zu einer Bohrlochgestaltung, die sehr viel mehr zweckentsprechend sowie leistungsfähig ist und eine größere Dauerhaftigkeit h t, als das mit bek nnten Lethoden zu erreichen ist. Ein vorgefertigter oder vorgepackter Siebeinsatz hi t eine oder mehrere geklebte .Sperrmassen-r lagen nuf der ußenseite des Oiebs, die auf dieses mit einem durchlässigen Bindemittel aufgebracht sind, um • ußerh'ilb des Siebs eine i'andsperre oder -barriere zu bilden. Das vorgefertigte Sieb wird vor dem absenken

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den Rohrstr-ngs in dna Bohrloch --uscebilclet.

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^f₁It.. ι ^ der Krdschicht wird durch den ".linsatz bei seinem '.linbrin^en erreicht. D-'s Einf hren ties Siebs in den Einsatz wird bei dieser Erdschichtabstützunts mis gef'Jhrt, vras die Gcf hr des Fentluufens dec sehr teuren Rolirstr· n^s im Bohrloch während dor Installation vermindert·

Die Verwendung von weniger »erkzeucen und die mvendung von weniger rbeitsschritten führt zu einer geringeren nl: ge- und . usrüstzeit, zu verminderten Kosten und zu einer gesteigerten rbeitsvereinfachung.

Das i.inbrinj_,en des Einsatzes in den lichten Bohrlochkanal vor dem Einbringen des Giebs vermindert in weitem LIaß die Ilöglichkeit des Entstehens von Hohlräumen im Einsatz. Sind jedoch irgendwelche Hohlräume im Einsatz, wenn er eingebracht wird, vorhanden, so werden diese beim Einfahren des oiebs in den Einsatz mit dessen > i-teri' 1 gefüllt. Die hohe Gleichförmigkeit, die der "insatz η ch dieser Arbeitsmethode erhält, führt zu einem bestmöglichen Filter.

-Zusätzlich zu oen Vorteilen der vorstehend an^ef"Jhrten Verf ;hrensi?chritte lcann ein weiterer Vorteil durch das erf indungsgeEiü ße Verf -hren erzielt wer:en, indem m; η den Trägerstoff aus einem thixotropen Gel oder einer hochviskosen Flüssigkeit m cht, in dem oder der die ßperrmasaenteilchen im wesentlichen schwebend sind. Damit erreicht man eine große Verminderung der Kraft, die notwendig ist, um d-js öieb in die öperrmasse zu drücken. Ferner wird hierdurch noch der Flassigkeitsverlust zur Erdformation hin verringert.

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I'ach diesem Verf hren können · uch außergewöhnliche lange oder große Rflume mit einem Sperrmasoeneinsatz versehen v/erden, indem aufeinanderfolgend Einpressungen mit mehrfachen Posten an Gperrmasse durchgeführt

Die -Fig. 10 bis 14 zeigen ein drittes Beispiel für den fandsperrvorg ng, wobei ein Werkzeug zinn Einbringen einer viskosen Bperrmassenbrühe und dessen arbeitsweise beschrieben werden.

Ein Rohrstrang 210 (Fig. 10) mit einer verschiebbaren Ventilhülse 211 mit öffnungen 213 enthält eine innere, teleskopartig verschiebbare V_entilhülse 212 mit öffnungen 214, die mit den öffnungen 213 zum Fluchten zu bringen sind. Λη der Ventilhülse 212 ist ein Packungsdorn 215 befestigt, auf dem ein hydraulisch betätigbarer Permanentp'cker 216 von der rt, wie solche in den oben angeführten US-Patentschriften beschrieben sind, gehalten ist.

LIit dem Packer 216 ist ein nsatzrohr 217 verbunden, das an seinem unteren Ende eine Manschette 218 mit durch deren Wand sich ziehenden Durchtritten 219 trägt. Die Manschette 218 weist such einen ^ichtungssitz 220 von vermindertem Durchmesser cuf, der dazu dient, ein rohr— förmiges Teil aufzunehmen, das mit Dichtungen am Außenversehen ist.

Der Dorn 215 geht durch den Packer 216 und trägt an seinem unteren Ende eine Sichtungshülse 221 mit öffnungen, die in dem Dichtungssitz 220 diechtend und teleskopartig verschiebbar liegt. Die Hülse 221 hat Durchlässe 222, in ihrer Wand, die mit den Durchtritten 219 der Manschet-

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to 218 fluchten. Ferner weist die Hülse 221 einen oberen Ventilsitzring 223, der in ihr oberhalb der Durchlässe 222 verschiebbar :<ngebracht ist, und einen unteren Ventilsitzring 224 unterhalb der Durchlässe 222 "uf. Ein Ventilelement 225 wird vorzugsweise · uf den unteren Ventilsitz 22A- beim Zusanwenbau den GerHts an der Oberfläche auf< er.etzt.

Am unteren Ende eines mit der Aiar.sch.ette verbundenen rohrförmigen 'snpnßstücks 226 ist ein Tragrohr 227 angebracht, mit dem ein Sandsperrsieb 228 verbunden ist, das von einer Bodenklappe 229 unten verschlossen ist. Es ist zu beachten, d-ß -lie Figuren der Zeichnungen wenigstens teilweise schematisch durgestellt sind, was bedeutet, dnß die Länge der Leitung oder Stränge und der Sandsperrsiebe wie auch der Sperrmasseneinsätze in bezug uf die anderen Werkzeuge wesentlich größer sein kwnn, Is d-^s zeichnerisch gebracht ist.

Die Fig. 10 zeigt das «Verkzeuggehänge im wesentlichen beiseiner Fahrt im Bohrloch, Bach dem Erreichen der gewünschten Lage «ird ein zweites Ventilelement 230 durch den Strang fallengelassen oder abgepumpt, so dnß er, auf dem Ventilsitzring 223 liegt und d- mit die Durchlässe 219, 222 vom ßohrstranginneren nbtrennt. Dann wird der Rohrstryng unter Flüssigkeitsdruck gesetzt, so d.'^ß der hydraulische Packer festgelegt wird.

Nach dem Fortsetzen des Packers im Futterrohr wird der Flüssigkeitsdruck erhöht, bis der Ventilsitzring 223 in der Hülse 221 abgeschert wird und zusammen mit dem Ventilelement 230 noch unten fällt, wodurch die Durchlässe 219, 222 mit dem Rohrstranginneren Verbindung erhalten. An diesem Punkt kann irgendeine erforderliche

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Behandlung der Form· tion, z.B. S^ureercchließung, durchgeführt werden, wie 1"¹Ig. 11 aei^t, indem das Behandlungsmittel durch den Rohrstrang ■' bw^rts, · ua den Durchlas on 222, 219 hornus in den Ringr;ium und durch die Futterrohrdurchl;-lsr.e 231 in die Erdformation gepumpt wird.

liach dem Einpressen der Behandlungsflüssigkeit wird das Ventil 211 durch eine vertikale Bewegung des Rohr-Strangs geöffnet, so d ß die Öffnungen 213 und 214 miteinander fluchten. Die Behandlungsflüssigkeit kann aus dem Rohrstrang und im Ringraum ; ufwjlrts verdrängt werden, indem e:ne Brühe aus Sperrmasse und viskoser Trägerflüssigkoit den Rohrstr-mg -bwärts gepreßt wird, ■uf Grund der in der Forma.tion befindlichen Behandlungs— flüssigkeit und dem daraus folgenden hohen widerstand gegenüber der Einführung weiterer Flüssigkeit in die Erdform: tion wird durch das Kiederpumpen der Sperrmassenbrühe im Rohrstrang die Behandlungsfl'issigkeit aus diesem, durch die öffnungen 213, 214 tretend, verdrängt, so drß sie im Ringraum zur Oberfläche aufsteigt. Das zeigt die Fig. 12 deutlich.

Nachdem der erste Posten ^n Sperrmasse das Hülsenventil 211 erreicht hat, wird dieses durch Hin- und Herbewegung des Rohrstrangs geschlossen, und die Sperrmascenbrühe wird durch den Facker, durch die üurchtritte 222 sowie 219 und rund um das ßperrsieb 228 gepreßt, wie Fig. 13 zeigt· Ein Teil der Trägerflussigkeit wird durch den Druck nach auüen in die Erdformation gepreßt. Nachdem dieser Sperrmassenposten an seinem Platz ist, können weitere Posten unter minimaler Flüssigkeitseinpressung in die Erdschicht durch Wiederholung der in den Fig. 12 und 1? dargestellten Schritte für Jeden

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ßpermKissenposten eingedruckt werden.

Ist die gee- rate Operrmnssenmen^e - η ihren Tl:.tz, so k·· im der Hohrstrang mit dem Dorn -ms der.i J jcker herausgezogen werden, worauf ein Förderrohrstrang 23? mit einem ^ichtungsstutzen 233 ^a» seinem unteren i-inde in den Packer eingefahren wird. Der stutzen 233 ißt nit dichtungen 234- versehen, die sich ge^en den Dichtungssitz 220 dichtend anlegen, so d ß ein geschlossener Durchgang für den Förderstrom vom r>perrmasseneinsatz durch den Förderrohrstrang geschaffen wird. Das ist in ^Xlig. 14- detrgesteilt.

Diese usf"hrungsform hat eine Reihe von Vorteilen. Der V7."hrend des gesamten Vorgangs verwendete lacker int immer derselbe und verbleibt puch im Bohrloch während der Förderung. Dadurch wird ein mehrmaliges Setzen und Lösen von Packern vermieden und die Möglichkeit des Festfahrens eines Packers ausgeschlossen. Der Packer wird hydraulisch gesetzt, so d ß eine Drehung des Rohrstr; ngs unnötig ist, und er ist zu jeder Zeit während der rbeitsvorgönge η ch Wahl v/ieder · ufholb-r, ohne daß hierzu eine eigene Fahrt mit dem Rohrstrang erforderlich ist. Dies wird durch Einfahren eines .ufholwerkzeugs ;=ls Teil des Rohrstrenges unter den 3 acker, das n· ch «.· hl betätigt wird, um den Packer zu irgendeiner gewünschten Zeit aufzuholen, erreicht.

Das oberhalb des Packers zur .-.nwendung kommende Ventil wird durch Hin- und Herbewegung des Rohrstrangs betätigt, so daß keine Drehung des Strangs orforderlich ist. Das oberhalb des Packers gelegene Ventil zur Ermöglichung der Einströmung von Posten an ßperrmnssenbrühe in das Bohrloch verhindert nicht nur den Verlust von großen Flüssig-

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keitsmengen während des Einpreßvorgangs, sondern erlaubt auch den stufenweisen .ufbau des Gperrmasseneinsatzes. Bas heißt, ein Posten kann nach dem anderen eingebracht werden, bis der gewünschte Druckanstieg gegenüber dem Einsatz erreicht ist, was ein Anzeichen für einen optimalen Einsatz ist.

Ferner wird hierdurch die Notwendigkeit für einen grossen ein- oder zweistufigen berbau beseitigt, der einen langen nschluß zwischen dem Packer und dem Sandsperrsieb erfordert· Das Gerät nach der Erfindung macht es möglich, das Sandsperrsieb weniger als 30 m vom Packer entfernt anzuordnen, während vi- r frühere ein- oder zweistufige Betrieb bis zu 360 m. erforderte, v.enn zwei oder mehr Zonen im selben Bohrloch abgedichtet werden sollen, 1st insofern der Erfindungsgegenstand besonders vorteilhaft.

Ein weiterer Vorteil liegt d?Tin, daß alle nicht wesentlichen Teile, z.B. Sitzringe, Ventilelemente usw., vor der Forderung aus dem Bohrloch entfernt werden.

Die Fig. 15 bis 20 zeigen die Herstellung eines ßperrmasseneinsatzes, der besonders vorteilhaft zur Verwendung in Bohrlöchern 1st, die durch Flüssigkeiten behandelt werden, welche durch den Sperrmasseneinsatz und da& Sieb in den Rohrstrang zurückgelangen.

uf Grund der Natur der bei dieser i».rt von Bohrlochbehandlung oder -erschließung bisher verwendeten Sperrmfassen, die Partikel mit einem niedrigen Grad an Rundheit enth lten, wurden während des Pumpvorgangs große !«engen an Grus und Abrieb erzeugt, was auf die Reiboder Scherkräfte zurückzufilhren ist, die auf die ecki-

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gen Teilchen unter den hohen FlIiönigkeitsströnrnngD-krüften einwirken. Dieser brieb, der von dem Erdschichtgrus und Sand zu unterscheiden ist, wird völlig innerhalb des Sperrmassenpostens selbst durch die hohen Scherkräfte und durch das Reiben der Sperrmussenteilchen gegenein; nder erzeugt und f "hrt zu dem äußerst unerwünschten Verstopfen eines wesentlichen Teils des Sandsperraiebs»

Gemäß der Erfindung wird eine bearbeitete Sperrmasse von gleichmäßiger Kugelgestalt und Rundheit verwendet, um nahezu vollständig ein Verstopfen des Sandsiebs durch intern erzeugten Sperrmaesem; brieb auszuschalten.

Die Fig. 15 zeigt die Kugelgestalt und Rundheit einer klassierten Irobe von Rundkies von 20-40 Standardmaschengröße, der bei normalem Kiespackungsbetrieb verwendet wird. Das Diagramm wurde durch Entnahme einer Kiesprobe aufs Geratewohl und visuellen Vergleich jedes einzelnen Teilchen mit der in *ig. I7 dargestellten Karte, um die Kugelgestalt und Rundheit eines jeden Teilchen der Probe zu bestimmen, erhalten. Eine I-Iustermenge von 255 Kiesstücken wurde zur Festlegung des ibstufungsdurchschnitts des Kieses verwendet.

Wie der Fig. I5 zu entnehmen ist, lag die »nzahl der Kiesteilchen, die ein hohes Maß m Kugelfona und Rundheit vom Wert 0,9 oder besser hatten, nur wenig über 6%. Nur etwa 27% zeigten eine Kugelgestalt und Rundheit vom Wert 0,7· Damit ergab sich, daß die ..nzahl der Kiesteilchen mit einer Kugelform und Rundheit vom Wert 0,7 oder besser nur 33 % betrug.

Die Fig. 16 gibt .ufSchluß über die Kugelform und Rund-

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heit von bearbeiteter Gperrmasse, wie sie bei den Erfindungsge[;enst nd zur nv/endung kommt _$ um weitestgehend -.brieb oder Grus im losten auszuschalten. Die ausgewählte Probe bestand ;<us 2A-0 beliebig entnommenen Teilchen einer ilaschengröße 20-40, und zwar handelt es sich um glatte glasartige Kugeln, die unter dem Warenzeichen UCAR Fac von der Union Carbide Corporation hergestellt werden.

Dieses Material wird wegen des hohen Prozentsatzes an Teilchen mit einer Kugelform und Rundheit oberhalb des Wertes 0,9 verwendet. Bei der geprüften Probe wurden mehr -Is 56 % ;n Teilchen festgestellt, die eine Rundheit und Kugelform vom V/ert 0,9 oder besser hntten, während im Vergleich hierzu der nteil bei Kies nur 6% betrug. Annähernd 70> &er bearbeiteten Sperrmasse erreichten den Wert 0,7 im Gegensatz zu nur 33 % bei Kies.

Ein äußerst Wirkungsvolles Verf - hren zum Einbringen der Glaskugeln in einen Sperrmasseneinsatz zeigen die Fig. 18 bis 20.

Bei dem Beispiel von Fig. 18 wird ein Sandsperrsieb 310 in der Bohrlochausfütterung 311» die mit der Förderschicht 313 in Verbindung stehende Durchlässe 312 hat, abgesenkt. Der Schirm 310 ist am Steigrohrstrang 314-, der auch, ein abwärts sich erstreckendes Spülrohr 315 trägt, lösbar befestigt, z. B. über ein Gewinde oder einen Bajonettverschluß. Das Spülrohr 315 liegt konzentrisch im Sieb 310·

Im Ringraum zwischen dem Steigrohrstrang 31^· und der Ausfütterung 311 wird die Sperrmnssenbrühe abwärts und in den Bohrlochbereich, in dem der Sperrmassenein-

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satz gebraucht wird, gepumpt. Hie Trügerflüssigkeit tritt durch d;;s Sperrsieb $10, bewegt sich durch das Spülrohr 315 und von da durch das t'tuig- oder Isolierrohr 31^ aufwärts zur Oberfläche.

Das Spülrohr 3^5» dessen unteres: Ende nahe dem unteren Ende des Gandsperrsiebs liegt, stellt sicher, diß die in der Brühe enthaltene Sperrau sse sich vollständig zum Boden des Giebs bewegt, so daß keine Brückenbildung η dessen oberem Ende entsteht.

.enn der Sperrmasseneinsatz durch bwärtspumpen der die Sperrmrsse enthaltenden Flüssigkeit im Ringraum zwischen -usfütterung und Steigrohr gebildet wird und die Flüssigkeit durch das rieb hindurch zurückströmt, no worden während dieser Gtufe des Einbringens des Einsatzes uie ..pernar.Hnenteilchen den größten ~cherkrjjften us^esetzt, so d-ß die größte I enge an · briebüjn Gieb gesammelt würde.

■■.onn der Einsatz vollstV.nüig"ist, wird der üteigrohrstr..ng vom üperrsieb gelöst und rn.it dem Spülrohr aus dem Bohrloch genommen, was zu der in Fig. 19 dargestellten nordnung führt. Dann wird ein Förderrohr— strang 316 mit einem Packer 317 abgefahren und dicht mit dem r.nndsperrsieb verbunden. Hieruuf wird uer Pak— ker gesetzt, und das Bohrloch ist förderbereit·

Es ist davon auszugehen, d^ß day weitgehende Fehlen von Grus, wenn dieses Verfahren ngev/endet wird, teil- \/eise darauf zurückzuführen, ist, daß die Teilchen keine kantigen Ecken oder Vorsprünge h ben, die zum Abreiben vom Teilchen neigen und Grus bilden. Um dieses

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Abreiben zu vermeiden, müssen die Teilchen ein hohes Liaß an Kugelgestalt wie auch an Rundheit haben. Ein Sandkorn nimmt in der Natur eine Kugelform bei seiner Bewegung durch Wind und Wasser von einer Stelle zur anderen auf Grund des :"breibens und Abschleif ens der Ecken an· Dieser Vorgang erstreckt sich über einen lanzen Zeitraum und f;ihrt kaum zu einem Teilchen, das überhaupt keine Kanten mehr hot· Ferner wird ein Sandkorn Mängel, wie Hohlräume, Verunreinigungen und geschwächte Schiebungsflächen, über seine gesamte Struktur haben.

Während des Kieseinbringens sind die Sandkörner, die Kiesel genannt werden, hohen ■brieb— und Scherkräften durch das große Druckdifferential zwischen dem gepackten Sand und dem Abrieb, der durch den hohen Strömungsdruck der Einbringflüssigkeit auf den Einsatz erzeugt wird, ausgesetzt. Das bringt insbesondere ein Problem bei solchen Behandlungen mit sich, wobei Rückflüsse durch das Sieb wegen der großen Flüssigkeitsmengen, die durch die gepakten Körner und das Sieb unter hohen Differentialdrücken gepreßt werden, gelangen. Bei dieser Behandlungsart mit üblichem Kies kann genügend Grus entstehen, um das Sandsperrsieb, bevor überhaupt die Förderung in dem Bohrloch eingeleitet wird, zu verstopfen.

Die auf kugelförmige Teilchen wirkenden Kräfte sind fast nur Druckkräfte im Gegensatz zu den auf Kiesteilchen wirkenden Scher- oder Abriebkräften, Das Reiben eines kantigen Teilchens gegen andere kantige Teilchen wird bei einer kugelförmigen Sperrmasse ausgeschaltet. Die Kugelform trägt auch zur hohen Druckfestigkeit bei, und die Teilchen selbst sind ohne die wesentlichen Mangel und schwachen Schiebungsflächen, wie sie bei Sandkörnern auftreten, zu fertigen.

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Eine nähere Betrachtung der Karte nach Fig. 17 zeigt, daß weder die Rundheit noch die Kugelgestalt allein in ausreichendem Maß die optimale Teilchenform bestimmen, vielmehr muß die beste Kasse für eine Sandsperre sowohl eine nahezu vollkommene Kugelgestalt wie auch ein hohes l«1aß an Rundheit aufweisen.

Ein Teilchen könnte beispielsweise eine Rundheit vom Wert 0,9 und eine Kugelform mit einer glatt gerundeten Oberfläche vom Wert 0,3 nur haben, Das Teilchen könnte aber auch jetzt noch eine längliche Form mit einem geringen Querschnitt aufweisen, der unter den in einem Sperrmasseneinsatz herrschenden Strömungsbedingungen einer hohen Belastung ausgesetzt ist.

Im allgemeinen stehen die beiden Parameter der Kugelform und Rundheit miteinander in Wechselbeziehung, sie sind aber nicht gleichwertig· Die Kugelfora wird durch den größten Diagonaldurchmesser und das Teilchenvolumen bestimmt, während die Rundheit vom allgemeinen Querschnittprofil und der Glätte der Oberfläche abhängt.

Die Kugelfora ist die Kubikwurzel aus dem tatsächlichen Volumen des Teilchens gegenüber dem Volumen einer Kugel, deren Durchmesser derjenige des tatsächlichen Teilchens an seiner größten Stelle ist. Die für die Kugelform bei der ProbenbeStimmung verwendete Formel ist:

Kugelform - 3/Vp

wobei Vp das tatsächliche Teilchenvolumen und

Vc das Volumen der Kugel ist, die das Teilchen an seinem größtem Durchmesser umschreibt«

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Die Rundheit wird rls der Durchschnittaradiua der Ecken und Kanten des Teilchens, dividiert durch den Radius des maximalen einbeschriebenen Kreises des Teilchens, bestimmt. Die Rundheit wird gemessen, indem man die maximale Querschnittsflache, die bei dem Teilchen zu erhalten ist, verwendet.

Der Erfindungsgegenstand wurde vorstehend an einem bevorzugten Äusführungsbeispiel beschrieben und ist hierauf nicht beschränkt. Anstelle der erwähnten gläsernen Kügelchen von 20 - A-O Maschengröße können auch Teilchen mit anderer Größe verwendet werden wie auch mehrfache Teilchengrößen, nuch können andere kugelförmige Teilchen, z.B. solche aus Metall, zum Einsatz kommen.

- Patentansprüche -

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zxvai Einbringen eines die Wandung von Erdschichtgrus und Sand in den Bohrloch-Förderrohrstrang verhindernden Bandsieb und Sperrmasseneinsatzes in ein Bohrloch, gekennzeichnet durch Absenken eines Werkzeuggehändes (10, 110, 210) mit einera Packer (16, 17, 111, 216) und einem sich unterhalb des Fackers erstreckenden Spülrohr (23, 217) in ä-ie Förderzone (12) der Bohrung, durch Betätigen des Packers zur dichtenden Anlage an der Bohrlochausfütterung (11), durch Einpressen einer Trägerflüssigkeit, in der ein Posten einer Sperrmasse verteilt ist, in den i/erkzeuggehängestrang, durch Einpressen der Trägerflüssigkeit und der Sperrmasse in den gewünschten Bohrlochbereich unter ,ausdrücken der Trägerflüssigkeit aus dem Bohrloch in die Erdschicht (12), durch Lösen des Packers und Entfernen des Werkzeuggehänges aus dem Bohrloch, durch Absenken eines Förderrohrstrangs (113, 232) mit einem daran gehaltenen Packer (114) und Sandsperrsieb (115) in

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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 8 MÖNCHEN 22 1-856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AQ. W. MEISSNER, BLN-W ST. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/885 60 37 BERLIN 31 12282-109 TEL.: 089/22 3544 030/886 23 82 3695716000

das Bohrloch, durch Einstoßen des Förderrohrstrangs in die Sperrmasse, bis das Sperrsieb in dieser untergetaucht ist, und durch Setzen des Packers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssigkeit und Sperrmasse als eine Mehrzahl von einzelnen Posten eingepreßt werden.

3. Verfahren zur Ausbildung eines Sperrmasseneinsatzes im Förderbereich einer losen Erdschicht durchdringenden Bohrung, gekennzeichnet durch Absenken eines Steigrohrstrangs (110) in das Bohrloch, bis ein I¹IUs sigke its durchtritt im Steigrohr sich in oder nahe dem Förderbereich befindet, durch Einpressen einer Brühe aus Trä— gerflüssigkeit und Sperrmasse in den Steigrohrstrang und in den Förderbereich, durch Entfernen des Rohrstrangs (110) aus der Bohrung und Absenken eines Förderrohrstrangs (113) mit einem daran angebrachten Sand— sperrsieb (115) in die Bohrung und durch Eindrücken des Sandsperrsiebs in die Brühe, bis dieses darin untergetaucht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rohrstrang eine Brühe aus Sperrmasse und Flüssigkeit gepreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß durch den Rohrstrang eine Brühe aus Sperrmasse und thixotropem Gel gepreßt wird«

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einpressen der Bühe der Ringraum zwischen der Bohrungswand und dem Rohrstrang abgedichtet wird.

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7. Verfahren nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brühe in den Förderbereich eingepreßt wird, um die Trägerflüssigkeit in die Brdschicht zu drücken und die Sperrmasse in den Förderbereich der Bohrung einzusetzen.

8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einpressen der Brühe der Ringraum zwischen der Bohrungswand sowie dem Eohrstrang abgedichtet wird und daß die Brühe in den Förderbereich unter Ausdrükken der Trägerflüssigkeit in die Erdschicht sowie unter Einsetzen der Sperrmasse in den Förderbereich der Bohrung eingepreßt wird,

9· Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eindrücken des Sandsperrsiebs in die Sperrmasse der Ringraum zwischen dem Förderrohrstrang und der Bohrungswand abgedichtet wird.

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